第4章-对流层电波传播

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无线电传播的基本方式

无线电传播的基本方式电波传播是研究由辐射源所辐射的无线电波通过自然条件下的媒质到达接收天线的传播特性和规律。

电波传播的基本方式有以下几种：一、表面波传播地面上的天线沿地面辐射的电波，沿地面向远处传播。

表面波传播又称为地表面波传播、地波传播，主要用于超长波，长波，中波和短波波段。

表面波其辐射电波只要是沿着地表传播，随着传播距离的增大，电波强度逐渐减弱。

由于水平极化的表面波衰减较大，因此表面波的主要极化形式是垂直极化。

地表的电参数与形状是影响地波传播的主要因素。

地波在向前传播的过程中有部分能量传入地下，随着传播距离的增大，电波将逐渐减弱，这里除了因扩散引起的自然衰减外，还有大地的吸收衰减，大地的吸收衰减跟大地的电参数和电波的波长有关。

地波传播过程中存在波前倾斜的现象，在接收垂直单极天线发射的地波时，为了有效地接收各场分量，应采用相适应的天线极化形式。

在地面上适宜用垂直极化天线，地下适宜采用埋地天线，水下适宜采用漂浮的水平极化天线。

大地的电导率越大，电磁波波长越长，地波传播的衰减就越小。

同时，因为大地是一种稳定的媒质，不受气候，地磁，太阳辐射等因素影响，所以地波传播是非常稳定的。

电磁波的频率越低，传播损耗越小，短波频段利用地波进行近距离通信的频率约为1.6MHz~5MHz。

地波的衰减随频率的升高而增大，所以即使用1000W的发射机，地波传播距离也仅为100KM左右，所以这种传播形式不宜用作无线电广播或者远距离通信。

此外，传播距离还和传播路径上的媒质的电参数密切相关，沿海面传播的距离远远超过沿陆地传播的距离。

二、视距传播发射天线和接收天线限于在互相“看得见”的视距内的直射线传播称为视距传播。

地面通信，卫星通信以及雷达都是这种传播形式。

视距传播又称为直线波传播，主要用于超短波和微波波段的电波传播。

视距传播主要指在超短波和微波波段，收发天线远离地面处于相互能“看得见”的距离内，电波直接从发射天线传播到接收处的一种传播形式。

第四章微波传播

第四章微波传播第一节自由空间的电波传播一、电波与自由空间微波是一种电磁波，微波频率为300MHz~300GHz 。

根据微波传播的特点，可视为平面波。

平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称为横电磁波，记作TEM 波。

有时我们把这种电磁波简称为电波。

自由空间又称为理想介质空间，即相当于真空状态的理想空间。

在这个空间充满着均匀、理想的介质，它的导电率σ=0，介电常数9010361-⨯==πεεF/M （法/米），导磁系数μ=μ0=4π﹡10-7H/M （亨/米）。

二、自由空间传播损耗电波在自由空间传播时不产生反射、折射、吸收和散射现象，也就是说，总能量并没有被损耗掉。

但是，电波在自由空间传播时，其能量会因向空间扩散而衰耗。

因为电波由天线辐射后，便向周围空间传播，到达接收地点的能量仅是一小部分。

距离越远，这一部分能量越小，如同一只灯泡所发出的光一样，均匀地向四面八方扩散出去。

显而易见，距离光源越远的地方，单位面积上接收到的能量也越少。

这种电波扩散衰耗就称为自由空间传播损耗。

假定发信设备位于球体中心，使用无方向性天线，以功率P t 向周围空间辐射电磁波，在半径为d 的球面上接收点B 的单位面积上的平均功率为204dP S t π= 由天线理论知道，一个各向均匀辐射的天线，其有效面积为：πλ4/2=e A这样，一个无方向性天线在B 点收到的功率为222)4(44d P d P P t t r πλπλπ=⋅= 还可写成 2)4(dfc P P t r π= (4-1) 传播损耗为：2)4(cdf P P L r t s π== (4-2)或 cdf dB L s π4lg 20)(= 当距离d 以km 为单位，频率f 以GHz 为单位时f d dB L s lg 20lg 204.92)(++= (4-3)当频率f 以MHz 为单位时f d dB L s lg 20lg 204.32)(++= (4-4)三、自由空间传播条件下收信电平的计算微波通信中实际使用的天线为有方向性天线，设收发天线增益分别为G r （dB ），G t （dB ）；收发两端馈线系统损耗分别为L fr (dB)、L ft (dB)；收发两端分路系统损耗分别为L br (dB)、L bt (dB)。

通信原理(第四章)

27
第4章信道章
四进制编码信道模型
0 0
1 送
端
发
1
收端
接
2
2
3
3
28ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第4章信道章
4.4 信道特性对信号传输的影响恒参信道的影响恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以等效为一个线性时不变网络。只要知道网络的传输特性，就可以采用信号分析方法，分析信号及其网络特性。线性网络的传输特性可以用幅度频率特性和相位频率特性来表征。现在我们首先讨论理想情况下的恒参信道特性。
平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地面
6
第4章信道章
电离层对于传播的影响反射散射
7
第4章信道章
电磁波的分类：电磁波的分类：地波频率 < 2 MHz 有绕射能力距离：距离：数百或数千千米天波频率：频率：2 ~ 30 MHz 特点：特点：被电离层反射一次反射距离：一次反射距离：< 4000 km 寂静区：寂静区：
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第4章信道章
4.2 有线信道
明线
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第4章信道章
对称电缆：由许多对双绞线组成，对称电缆：由许多对双绞线组成，分非屏蔽（UTP）和屏蔽（STP）两种。）和屏蔽（）两种。
塑料外皮
双绞线（ 5对）
图4-9 双绞线
15
第4章信道章
同轴电缆
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第4章信道章
n2 n1 折射率
25
第4章信道章
4.3.2 编码信道模型
调制信道对信号的影响是通过k(t)和使已调信号发生波形调制信道对信号的影响是通过和n(t)使已调信号发生波形失真。失真。编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换， ฀ 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即将一种数字序列变成另一种数字序列。一种数字序列变成另一种数字序列。误码输入、输出都是数字信号， ฀ 输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号失真情况，但误码与调制信道有关，失真情况，但误码与调制信道有关，无调制解调器时误码由发滤波器设计不当及n(t)引起引起。收、发滤波器设计不当及引起。编码信道模型是用数字的转移概率来描述。 ฀ 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。

对流层散射通信

对流层散射通信
利用大气层中传播媒介的不均匀性对无线电波的散射作用进行的超短波、微波超视距通信
01 结构物理特性
目录
02 主要特征
03 传播机制
04 特性
05 发展
散射通信是指利用大气层中传播媒介的不均匀性对无线电波的散射作用进行的超短波、微波超视距通信。根据散射媒质的不同，散射通信一般分为对流层散射通信和电离层散射通信。散射通信中应用最多是对流层散射通信。
传播机制
对流层散射现象的发现源于20世纪30年代，在实践中观察到了传播距离达到800-1000km，远远超出视距的超短波、微波信号。由于频率太高，射向地面的超短波、微波频段的电波几乎无法在地表激起表面电流，这时地表对于这个频段的电磁波而言相当于良导电体，电磁波在地表几乎全部反射而没有入射；另一方面，大气层中的电离层处于等离子体状态，电离层由于拥有自由电荷且自由电荷随着空间高度的变化而不均匀，可以使射向天空的频率较低的电磁波经过多次折射而返回地面，但是这个频率最高大概能达到50MHz，再高频率的电磁波将穿过电离层进入宇宙空间。这意味着超短波及以上频率的电磁波既无法以地波的形式沿着圆形地球表面传播，也无法以天波传播的方式经电离层折射返回地面，其传播方式为空间波传播，又称视距传播，传播路径类似于光路径，是一条射线，不会发生弯折而发生超视距传播。即使考虑到大气折射效应导致的实际电波传播路径弯折，超短波和微波的超视距效应也是非常微弱的，不可能显著超出视距传播到上千公里之外的地方。后来，有人用大气波导之类的偶然因素来解释这种超短波、微波超视距传播，但随后的研究否定了这种理论。于是，人们提出了新的传播机制来解释这种现象，即对流层散射传播机制。
但是，对流层散射传播机制具体是什么并没有一个定论，人们通过构造各种理论模型来解释这种传播，使理论模型得出的数据尽可能地与实测数据相符。已经提出的机理主要有湍流非相干散射（散射理论）、不规则层非相干反射（多模理论）和稳定层相干反射（反射理论）三种。这里首先了解大气物理中的一些相关概念，再引出对流层散射传播的这三种机制。

《电波传播》PPT课件

0.2
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
/ (°)
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
0 0
H3.0
V3.0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
/ (°)
(a)
(b)
干土的反射系数
精选课件ppt
25
当Δ很小时，将 r 2H1H2 代入下式
F02
1 3
F12
（5）
，根据定义，有
F00.577F10.577
d1d2
d
（6）
由上式可见，当距离d一定时，波长愈小，则传播主区
的半径愈小，菲涅耳椭球区也就愈长，最后蜕化为一直线，
这就是几何光学中“光线沿直线传播”的证明
精选课件ppt
1144
地面对电波传播的影响
地质的电特性：介电常数，电导率，磁导率地球表面的物理结构：地形起伏、植物以及人为建
(12)
精选课件ppt
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【例】某通信线路，工作波长λ=0.05m，通信距离 d＝50km,发射天线架高H1=100m。若选接收天线架高H2=100m，在地面可视为光滑平面地的条件下，接收点的E/E1=？今欲使接收点场强为最大值，调整后的接收天线高度是多少（应使调整范围最小）？
解地面反射波与直接波之间的相位差为
| E/ E1 | | E/ E1 |
2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 d/ 104 m
(a)
1.8 1.6
1.4 1.2
1
0.8
0.6
0.4

第4章_信道

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4.3 信道的数学模型
内蒙古大学电子信息工程学院《通信原理》
4.3.2 编码信道模型
由于信道噪声或其它因素的影响，将导致输出数字序列发生错误，因此输入输出数字序列之间的关系可以用一组转移概率来表征。转移概率：在二进制系统中，就是“0”转移为“1”的概率和“1”转移为“0”的概率。
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4.1 无线信道
内蒙古大学电子信息工程学院《通信原理》
地波
频率在2MHz以下的电磁波，趋于沿弯曲的地球表面传播，有一定的绕射能力。地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高损失越大，因此传播距离不大，一般在数百千米到数千千米。
传播路径传播路径
发射天线发射天线
地面地面
接收天线接收天线
导体绝缘层
图4-9 双绞线
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4.2 有线信道
内蒙古大学电子信息工程学院《通信原理》
传输电信号的有线信道主要有三类：
明线、对称电缆和同轴电缆。同轴电缆
由内外两根同心圆柱导体构成，两根导体之间用绝缘体隔离开。内导体多为实心导线，外导体是一根空心导电管或金属编织网，在外导体外面有一层绝缘保护层。其优点是抗干扰特性好。
增大视线传播距离的途径卫星中继（卫星通信）
利用三颗地球同步卫星可以覆盖全球，从而实现全球通信。
利用卫星作为中继站能够增大一次转发的距离，但是却增大了发射功率和信号传输的延迟。此外，发射卫星也是一项巨大的工程。故开始研究使用平流层通信。图4-5 卫星中继
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4.1 无线信道
发射天线发射天线
地面地面
接收天线接收天线
图4-4
无线电中继
特点：容量大、发射功率小、稳定可靠等。

电波主要传播方式

电波主要传播方式2008-06-05 11:25:45 作者：不详电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。

任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。

传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。

根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种：地表传播对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。

当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。

那些走直线的电波就过不去了。

只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。

地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。

其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。

因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。

天波传播声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。

无线电波也能够反射。

在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层’就会被反射回来，走这一途径的电波就称为天波或反射波。

在电波中，主要是短波具有这种特性。

电离层是怎样形成的呢？原来，有些气层受到阳光照射，就会产生电离。

太阳表面温度大约有6000℃，它辐射出来的电磁波包含很宽的频带。

其中紫外线部分会对大气层上空气体产生电离作用，这是形成电离层的主要原因。

电离层一方面反射电波，另一方面也要吸收电波。

电离层对电波的反射和吸收与频率(波长)有关。

频率越高，吸收越少，频率越低，吸收越多。

所以，短波的天波可以用作远距离通讯。

此外，反射和吸收与白天还是黑夜也有关。

白天，电离层可把中波几乎全部吸收掉，收音机只能收听当地的电台，而夜里却能收到远距离的电台。

电波传播基本知识

一般地，线状目标反射的电波中平行线极化分量占优势；具有大的反射平面的目标的反射波中，与入射电波极化相同的分量占优势。
有耗表面反射波特性
对于有耗地表面，其介电常数为复数。表征地表面的有耗表面。有耗表面对电波的影响主要有两点：1. 反射波幅度减小，2. 反射波产生去极化效应。反射波的极化相对入射极化的变化，一般称为“去极化效应”。对于有耗媒质，其去极化效应不仅与目标形状有关，而且与有耗媒质参数有关
Rs
Wfn
发射点 S
d
接收点
对第n个菲涅尔区，从发射机到椭圆体上任一点，再到接收机的距离比直线距离大n个半波长
菲涅尔区距离：
菲涅尔距离与其意义
菲涅尔区的意义
1. 电波传播模型的拐点由第一菲涅尔区决定。 2. 电波传播余隙设计与第一菲涅尔区息息相关，
如山区电波设计、超视距传播的设计、微波传播等。 3. 隧道内电波的模式转换与第一菲涅尔区息息相关。 4. 电波传播中天线与反射体的距离要求与第一菲涅尔区息息相关。 5. 微小区与室内电波传播与第一菲涅尔区相关
电波反射的退极化作用
电波反射的退极化作用除了有耗地面的反射以外，不规则的反射目标也是造成电波去极化的原因之一。
移动信道中的各种物体目标对电波的反射过程，是目标表面上每一部分对电波的散射的综合。其中还包含某些表面结构的二次甚至更多次反射。目标上的每一部分，相对电波发射天线的取向和形态是各异的。所以复杂形状的目标具有极强的、多样的退极化作用。
无线电波反射与极化的关系
无线电波反射特性说明
问题1：水平极化能否发生全透射？不可能(除非反射面两侧的介质具有不同磁常数)。
问题2：有全透射是否存在全反射？全反射是存在的。其是光纤与介质波导存在的物理基础。但其只存在于从光密媒质到光疏媒质中。移动通信中只有当入射角等于90度存在。

对流层

从地球表面至约110km高度处的大气温度垂直结构其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化，它的高度因纬度而不同，在低纬度地区平均高度为17~18千米，在中纬度地区平均为10~12千米，极地平均为8~9 千米。例如：我国北京地区，对流层的高度约为11千米，广州地区对流层的高度增加到约16千米，而在东北地区则下降到10千米。并且夏季高于冬季。甚至同一地区同一天，对流层的高度也会随早、中、晚的变化而变化。
（3）自由大气： 1千米~对流层顶，不受地面的摩擦力所影响，大气处于一个自由运动的状态之中。
传播方式
考虑云和降水的影响
现代对流层传播的研究，主要集中于10吉赫以上频段的电波传播问题、广播和移动通信中的传播问题以及多径效应等。毫米波在实用上具有突出的优点(见10 GHz以上电波传播),因此对流层传播研究正向毫米波方向扩展。对流层散射传播是对流层散射通信的技术基础。利用对流层散射传播机理设计的对流层散射传输系统，可以实现超视距传输；同时具有适中的传输容量、传输性能和可靠度，以及特别强的抗核爆能力。对流层散射传输系统因为有其特别属性，在多种多样的传输系统之中，特别是在各种无线传输系统之中，始终占据不可替代的特定位置。
气温
在对流层，高度每上升1千米，气温会平均下降6.49℃。这种气温递减是因为绝热冷却的出现。当空气上升时，气压会下降而空气随之扩张。为了使空气扩张，需要有一定的功施予四周，故此气温会下降。（热力学第一定律）
在极地（高纬度地区），由于对流层相对地薄，所以气温只会下降至-45℃。在中纬度地区气温会由海平面的大约+17℃下降至对流层顶的大约-52℃。赤道地区（低纬度地区）气温可以下降到-75℃。
对流层传播研究的发展与通信的关系十分密切。第二次世界大战后，由于远距离、高质量的多路通信的需要，促成了对流层散射传播机制的发现。

通信原理-第4章

4175 6k m
5k m 73 15
km
赤道上 18101km
60 358
赤道 12725km
重复地区
盲区
卫星通信的发展趋势
通信原理课件孙怡大连理工大学信息与通信工程学院
一、信道基本概念（无线信道）
• 散射传播
– 电离层散射
机理－由电离层不均匀性频率－ 30 ~ 60 MHz 距离－ 1000 km以上
由于移动用户与基站的相对运动，每个多径波都会有一个明显的频率移动。由运动引起的接收信号频率的移动称为多普勒频移。
S ——远程信号源
X S

v
Y
v
； ——信号源发出的信号频率； f R ——接收机接收到的信号频率； ——移动台运动速度与来波方向夹角则 f R f c v cos f c f D 其中 f D cos 即为多普勒频移。
t
大连理工大学信息与通信工程学院
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三、恒参信道特性对信号传输的影响
• 频率失真：振幅～频率特性不良引起的
– 频率失真波形畸变码间串扰
– 解决办法：线性网络补偿
• 相位失真：相位～频率特性不良引起的
– 对语音影响不大，对数字信号影响大 – 解决办法：同上
• 非线性失真：
– 可能存在于恒参信道中
• 无线信道电磁波的频率－受天线尺寸限制 • 地球大气层的结构
对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 400 km
电离层平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地面
• 电离层对于传播的影响
反射散射
• 对流层对于传播的影响

电波传播

第2章电波传播无线电信息传输时，无线电波由发射天线辐射出去后，经过一定的传播路径才能到达接收点，被接收天线接收。

电波传播路径中会涉及各种各样的传播媒介，如地面、水面、对流层大气、电离层、星际空间等，电波的传播过程就是电波与媒介相互作用的物理过程。

电波在媒介中基本上是以光速传播的。

因此，无论是通信、广播、雷达、导航、遥测遥控等任何与无线电波有关的设备，其性能均与所使用的无线电频率及其电波传播方式密切相关。

电波在传播过程中，有两个方面需要进行研究。

一是电波传播的物理机制和传播模式，包括吸收、折射、反射、绕射、散射、多径和多普勒效应等物理过程，这些过程的形成由媒介特性和电波特性共同决定。

二是信号的传播特性。

无线电信号在传播过程中，可能遭受到衰减、衰落、极化偏移和时域、频域畸变等效应这些效应可能对信息传输的质量和可靠性产生影响。

研究电波传播特性，是理解是理解各种用频设备特性的基础。

本章先介绍大气层、电离层和几种电波传播方式，以及自由空间传播损耗概念及计算；然后分别详细介绍几种主要电波的传播特性以及场强计算理论和计算方法；最后以移动通信设计为例介绍电波传播模型的选择与应用方法。

2.1 地球大气2. 1 .1 大气层电磁波主要是在地球大气层中传播。

大气层又叫大气圈，其厚度在1000km以上，但没有明显的界限。

整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，大气层之外就是星际空间，如图2.1所示。

对流层位于大气层最底层，其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化。

在低纬度地区平均高度为17~18km,在中纬度地区平均为10~12km,极地平均为8~9km；夏季高于冬季由于地面吸收太阳辐射（红外、可见光及波长大于300nm的紫外波段）能量，转化为热能而向上传输，引起大气强烈的对流，因此称为对流层。

对流层空气的温度是下面高上面低，顶部气温约在-50℃。

对流层集中了全部大气质量的约3/4和90%以上的水汽，几乎所有的气象现象如雨、雪、雷、电、云、雾等都发生在对流层内。

通信原理_第四章信道

内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章
通信原理
第四章
信
道
东北大学网
短波电离层反射信道 (1) 传播路径
地面高度为60km — 400km
反射层入射角φo 4000km D F2 F1 E 吸收层
地球
■ □ □ □
电离层：各个层次的高度、厚度、电子密度等都会随时间变化。一次或多次反射的距离也会发生变化，且与入射角有关。不同层次（F1、F2）的不同高度上都会产生反射。
通信原理
4.1 无线信道
第四章
信
道
东北大学网
内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章
通信原理
第四章
信
道
东北大学网
一地球大气层的结构：
对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 400 km
60 km 对流层 10 km 0 km 地面电离层
典型的模拟信道是调制信道。典型的数字信道是编码信道。
内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章
通信原理
第四章
信
道
东北大学网
引言（调制信道与编码信道）调制信道与编码信道分别是模拟信道与数字信道的典型例子。
自编码器
调制器
发送转换器
传输媒体调制信道编码信道
第四章
信
道
东北大学网
通信卫星
卫星中继信道
内容简介第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章
通信原理

对流层视距内改进电波传播双径模型

面会挡住视线，就必须考虑球形地面对电波传播的影响，即必须考虑视线距离的问题。视距定义为视线所能达到的最远距离：
ｄｏ ‘ 。＋ｒ如ｄｌ＋ｄ２。
一一
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ｌ１
亩型
Ｉ＼、、～～ｌｈｌ＼＼、～～～ｌｄｚ ’＼／一／，
ｌ／／，
“ 图２双径模型示意图
器的传输损耗有自由量空间传输损耗，地反射损耗、基本嚣散射损耗和大乾ｆ乏荔
咔＿＿图３
１｛ｆ — ，，／－万
较精确的，但缺点是只能应用３０００ｍ以下的发射天线高度，３０００ｍ其中：视距在标准大气折射的情况下修正为＾：ｄ＝４．１２（＋ √ ）、以上则不适用。本文分别计算双径模型和１５４６模型的传播损耗和最终场强值。在３０００米以下以１５４６模型为基准，讨论双径模型的２．２场强计算 …。传播损耗和最终场强与１５４６模型相比较，并对已有的双径模型进接收点Ｂ场强应为直接波与地面反射波的叠加。设沿ｄ．路径行改进，使误差在允许的范围内，最终建立对流层视距范围内电波在接收点Ｂ处产生的场强振幅为Ｅ。，沿ｄ路径在接收点Ｂ处产生传播的双径模型。的场强振幅为Ｅ２，则Ｂ处的总场强为：Ｅ＝＋＝Ｅａ［１＋ＩＲＩＰ】由文献【４】传输损耗的计算公式为：其中：波程差Ａｒ为：
１１５４６模型

微波与卫星通信课件第4章

发端天线高度入射角反射角反射点
收端天线高度
推导直射波和反射波在收信点的合成场强：设E0为自由空间传播时（即直射波）电场强度的有效值，则瞬时值为 e 2 E cos t
1 0
反射波场强的瞬时值为
2 r2 r1 e 2 2 E 0 cos t : 反射系数的模
【例4-1】已知发信功率Pt=1W，工作频率 f=3800MHz，两站相距45km，Gt＝Gr＝39dB，Lft ＝Lfr＝2 dB，Lbt＝Lbr＝1 dB。求：在自由空间传播条件下接收机的输入电平和输入功率。
解由已知条件站距d＝45km，工作频率 f=3800MHz，可得自由空间传播损耗为 Ls（dB）=32.4+20lg 45 +20lg 3800≈137 dB
（2）负折射：当
＞0时，上层空间的
电波射线速度小，下层空间电波射线速度大，使
空间在该点产生的场强。
4.2.2 地面反射对收信电平的影响
1.平坦地形对电波的反射
下面所研究的环境不再是自由空间，是在真实大气中地面对电波的反射。在实际的微波通信过程中，收信点除了收到直射波外，还收到经地面反射并满足反射条件的反射波。
余隙：反射点到TR连线的铅垂距离，可正可负。
4.3 对流层对电波传播的影响
从地面算起，垂直向上，可把大气分为6层，依次称作对流层、同温层、中间层、电离层、超离层以及逸散层。对流层特点：指自地面向上大约10km范围的低空大气层；大气密度不均匀，存在对流运动；集中了整个大气质量的四分之三。
微波主要以空间波的方式进行传播，对流层对其产生主要影响，所以重点研究。
4.微波线路的分类

天波传播天波传播

Lp —— 从基站到移动台的路径损耗，单位dB f —— 载波频率，单位MHz hb —— 基站天线高度，单位m hm —— 移动台天线高度，单位m d —— 基站到移动台之间的距离，单位km
2、Cost231-Hata模型
Cost231-Hata模型是Hata模型在1500~2000MHz频段的扩展模型, 该模型适用范围为：
（一）无线电波的方式
4、散射传播散射传播，就是利用大气层对流层和电离层的不均匀性来散射电波，使电波到达视线以外的地方。如图9-3-1中4所示。对流层在地球上方约10英里处，是异类介质，反射指数随着高度的增加而减小。
（一）无线电波的方式
5、外层空间传播外层空间传播，就是无线电在对流层，电离层以外的外层空间中的传播方式。如图9-3-1中的5所示。这种传播方式主要用于卫星或以星际为对象的通信中，以及用于空间飞行器的搜索，定位，更踪等。自由空间波又称为直达波，沿直线传播，用于卫星和外部空间的通信，以及陆地上的视距传播。视线距离通常为50km 左右。
•适用频段：1500~2000MHz •基站天线高度：30~200m •移动台天线高度：1~10m •覆盖距离：1~20km
2、Cost231-Hata模型
Cost231-Hata可以用式（9-3-2）、（9-3-3）和（9-3-4）表示：
城市区域：
Lp = 46.3 + 33.9 lgf - 13.82lghb + (44.9 – 6.551ghb)lgd - Ahm + Cm
表9-3-1 几中常用的传播模型
（三）传播模型的应用
1、Okumura-Hata模型
Okumura-Hata模型是依据在日本东京地区城市实际的平均测量数据进行统计分析得出的中值路径损耗预测模型，由Hata整理为计算公式。

对流层电波传播研究与展望

对流层电波传播研究与展望摘要：一、引言二、对流层电波传播的概述1.对流层电波传播的定义2.对流层电波传播的特性三、对流层电波传播的研究进展1.电波在对流层中的传播特性2.对流层电波传播的预测模型3.对流层电波传播的应用四、对流层电波传播的展望1.技术发展的推动2.新型无线通信技术的需求3.对流层电波传播研究的挑战与机遇五、结论正文：一、引言随着无线通信技术的飞速发展，对流层电波传播的研究越来越受到人们的关注。

对流层电波传播是指电磁波在地球大气低层对流层中传播的过程，它直接影响着无线通信系统的性能和可靠性。

本文将对对流层电波传播进行概述，并探讨其研究进展及展望。

二、对流层电波传播的概述1.对流层电波传播的定义对流层电波传播是指电磁波在地球大气低层对流层中传播的过程。

对流层是地球大气的最低层，其高度在不同地区约为10 至12 公里。

对流层电波传播的研究主要关注电磁波在对流层中的传播特性以及其对无线通信系统的影响。

2.对流层电波传播的特性对流层电波传播具有以下特性：（1）对流层电波传播受到大气层低层电特性的制约，例如大气层中的电离层和电子浓度等；（2）对流层电波传播具有频散现象，即电磁波在不同频率下的传播速度和衰减速度不同；（3）对流层电波传播具有方向性，即电磁波在垂直和水平方向上的传播特性不同。

三、对流层电波传播的研究进展1.电波在对流层中的传播特性研究人员通过对流层电波传播的实测和模拟，研究了电波在对流层中的传播特性。

这些研究结果有助于我们了解电磁波在对流层中的传播规律，为无线通信系统的设计提供理论依据。

2.对流层电波传播的预测模型为了预测对流层电波传播的性能，研究人员提出了多种预测模型。

这些模型可以根据实时的大气层参数预测电磁波在对流层中的传播特性，为无线通信系统的实时调整提供参考。

3.对流层电波传播的应用对流层电波传播在无线通信领域有广泛的应用，例如：（1）无线电广播和通信，包括高频无线电通信、甚高频无线电通信和超高频无线电通信等；（2）卫星通信和导航系统，例如GPS 系统等；（3）空中交通管制系统等。

对流层大气对电波传播的影响

对流层大气对电波传播的影响随着现代通信技术的不断发展，对电波传播的研究也得到了极大的关注。

在大气传输中，对流层大气是影响电波传播的主要因素之一。

本文将探讨对流层大气对电波传播的影响以及之所以会产生这些影响的原因。

对流层大气是指地球表面到海平面以上18公里之间的大气区域，对电波的传输速度、路径以及能量等方面都有着巨大的影响。

首先，对流层大气可以影响电波的传输速度。

电波的传输速度是由介质的折射率决定的。

对流层大气中的空气密度和温度都是不均匀的，随着高度的增加而逐渐变化。

这种导致空气密度和温度变化的现象被称为垂直传播差异（Vertical Propagation Differences, VPD），VPD会使电波的速度随着高度而变化，从而在电波信号的接收端出现时延。

因此，对流层大气中的梯度的密度和温度应该是电波慢高度变化率的主要来源之一。

除了速度的延迟之外，对流层大气还会影响电波的路径。

在空气密度和温度不均匀的情况下，电波的路径会发生变化。

相似于折射率随着高度的变化，电波的路径会发生弯曲，使得电波偏离原始路径的程度会随着高度的不同而有所改变。

这样，接收到的电波信号会出现偏移。

另外，对流层大气还会影响电波的容量。

在光学中，散射是指光线遇到介质中的微小颗粒或不规则的表面而改变其方向的现象。

同样，对流层大气中的电离层和其他因素也会散射电波。

当电波被散射时，它会变得更加分散和模糊，这会导致接收到的信号强度下降。

对流层大气对电波传播的影响是由很多因素共同作用的结果。

主要的因素包括季节、时间、太阳活动、大气成分以及气候条件等。

例如，在某些时期，由于地球上的大气压力和密度变化，VDP的变化速度会更快，从而导致在这些时期中甚至几分钟内的电波传播路径也会发生变化。

此外，在太阳活动高峰期，电离层浓度增加，这会导致电波的散射增加，从而降低接收到的信号强度。

总之，对流层大气对电波传播有着极大影响。

这种影响是由很多因素所决定的，包括大气压力、温度、季节以及太阳活动等多种因素。

第四章室外传播模型蜂窝传播模型

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第四章室外传播模型
4.1 室外无线传播概述
在无线通信系统中，电波通常在非规则非单一的环境中传播。在估计信道损耗时，需要考虑传播路径上的地形地貌，也要考虑到建筑物、树木、电线杆等阻挡物[1]。不同的室外传播环境模型适用于不同的环境，图 4-1-1 显示了在不同的环境下接收信号强度的不同。
接
收信
接收 n 2 信号强度
3n4
距离
图 4-1-2 接收信号强度与距离的非线形关系
第 4 章室外传播模型
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图 4-1-2（采用的是对数坐标）中当发射机和接收机间的距离较小时为视距传输即 n 2 ，此时包络服从莱斯分布，以小尺度衰落为主；当距离增大时有 3 n 4 ，此时以大尺度衰落为主，包络服从瑞利衰落。当然，由于地形不同，转折点的位置也是不同的[25]，如图 4-1-3 所示：
第 4 章室外传播模型
77
2 折射率：空气的折射率决定了无线电波的“弯曲”程度。在一般的模型中，空气折射率用地面有效曲率来替代，通常取 1.333。在本模型中，空气折射率可通过式(4-2-2)来计算。
Ns
1 7 9 .3
ln

1 1 0.046665

1 K

式中，K 为地表曲率值， Ns 是空气的折射率。
Longley-Rice 模型已有了通用的计算机程序，以计算大尺度传输损耗。对于给定的传输路径，计算机程序通过频率、路径长度、极化方向、天线高度、表面绕射率、地面有效半径和地
面导电常数等参数可以确定传输损耗的大小。
Longley-Rice 模型有两种模式。当地形路径数据很详细时，特定路径参数就很容易被确定。这种预测方式为“点到点预测”。如果地形地貌数据不够准确，可以利用 Longley-Rice 模型估计特定参数的值。这样的预测方式为“区域预测”。